美国陆军科学家成功发明覆盖整个无线电频谱的量子传感器

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美国陆军科学家成功发明覆盖整个无线电频谱的量子传感器

美国陆军科学家发明了一种量子传感器,可以让士兵探测到整个无线电频谱范围内的通信信号,频率范围从0-100 GHz。

《物理学杂志B》在其关于Rydberg原子相互作用的特刊上发表了这项研究。该研究由陆军科学家及马里兰大学的研究人员共同完成,并得到了美国国防高级研究计划局的支持。

在传统的接收系统中,需要独立天线、放大器和其他组件等多个系统,并且不可能覆盖如此宽的频率。

美国陆军作战能力发展司令部的戴维·迈耶(David Meyer)说,2018年,陆军实验室的科学家创建了世界上第一个使用高激发,超灵敏原子(称为里德堡原子Rydberg atoms)来检测通信信号的量子接收器。

梅耶说,研究人员根据基本原理计算出接收机的信道容量和数据传输速率,然后通过实验实现了该性能,即将其他组的结果提高了几个数量级。

梅耶说:“这些新型传感器小到几乎无法探测,能给士兵们带来颠覆性的优势。”

“基于里德堡原子(Rydberg atoms)的传感器直到最近才被考虑用于一般的电场探测,包括作为通信接收器。虽然里德堡原子(Rydberg atoms)被认为是广泛敏感的,但对整个操作范围内的灵敏度的定量描述从来没有做过。”

为了评估潜在应用,美国陆军的科学家们分析了Rydberg传感器在0到10^12赫兹的巨大频率范围内对振荡电场的灵敏度。

结果表明,该传感器可以可靠地检测整个频谱范围内的信号,并与其他现有的电场传感器技术如电光晶体和偶极天线耦合无源电子设备(electro-optic crystals and dipole antenna-coupled passive electronics)相媲美。

梅耶说:“量子力学使我们能够深度了解传感器的校准和最终性能,这对每个传感器来说都是一样的。这一结果是确定如何在实地使用这一系统的重要步骤。

这项工作可能影响用于地理定位的射频信号探测的新通信概念或方法,从而支持陆军在下一代计算机网络、定位、导航和校时方面优先进行现代化改造。

未来,陆军科学家将继续研究,以提高灵敏度,从而探测更微弱信号,并扩展用于更复杂波形的探测协议。

(本文由本源量子编译,内容来源phys.org)

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